Quão significativo é o efeito da substituição por rodas-mais leves?

A essência da substituição do cubo da roda é reduzir a massa suspensa (a beleza é secundária).

Qual é a massa suspensa?

As linhas azuis representam a parte da carroceria, as vermelhas são as rodas e outras séries de componentes. A ligação entre eles são as linhas amarelas representando as molas e a parte verde representando os amortecedores. Claro, há também uma série de mecanismos de suspensão no carro para restringir o movimento das rodas. Esta parte foi omitida aqui devido à minha inexperiência.

Estruturalmente, a parte da massa suspensa inclui as partes vermelha, amarela e verde mostradas na imagem, nomeadamente (mas não limitadas a): o cubo da roda, os pneus (incluindo parafusos), os tirantes, as molas, os amortecedores, os tirantes, o conjunto de freio (tambor de freio ou disco de freio + fole), e para alguns modelos, o eixo de transmissão, a ponte geral, etc.

Na verdade, você pode pensar desta forma: a razão pela qual a imagem é desenhada de uma forma tão estranha é fazer com que as pessoas que não têm noção das massas suspensas e não suspensas imaginem o carro como tal: o carro pode ser dividido em duas partes, uma parte é a parte que rola para a frente contra o solo, e depois de remover as molas e amortecedores, ainda pode ser colocado no chão de forma constante. Esta parte é a massa não suspensa. A outra parte é a estrutura superior onde ficam os passageiros e, se a suspensão for retirada, essa parte desabará e tocará o chão. Deve ter molas e amortecedores para suportar esta peça. E esta parte é a parte suspensa. As duas partes são conectadas por molas e amortecedores. (É claro que as molas e os amortecedores são geralmente considerados como a massa não suspensa.)

Compreender isto é compreender o fundamental deste problema. Esse também é o motivo pelo qual não estou satisfeito com as explicações da otimização da massa suspensa encontradas na mídia automotiva atual, que é construir esse modelo simplificado e depois pensar na otimização da massa suspensa. Isso ficará muito mais claro depois de considerar isso.

A importância de reduzir a massa suspensa

Existe um ditado que diz: 1 quilograma de massa suspensa, 10 quilogramas de massa não suspensa. Isto significa que a redução da massa suspensa em 1 kg alcançará um efeito de otimização aproximadamente equivalente ao corte de 10 kg da massa não suspensa. É claro que esta afirmação só circula entre as pessoas, e a situação real é mais complexa. Precisa ser considerado sob dois aspectos: considerando separadamente os benefícios trazidos pela redução da massa suspensa; e considerando de forma abrangente o impacto das massas suspensas e não suspensas no carro.

Primeiro, vamos ver que tipo de impacto terá a redução da massa suspensa.

Manifesta-se principalmente no desempenho de aceleração e desaceleração.

Isto é o que significa 1 quilograma de massa suspensa e 10 quilogramas de massa não suspensa.

O princípio é fácil de entender. Sendo um componente diretamente ligado ao eixo, a inércia rotacional do cubo da roda e dos pneus tem um impacto muito direto no desempenho. Quer se trate de 250 cv ou 280 cv, 350 Nm ou 420 Nm, você deve primeiro superar a inércia rotacional do cubo da roda e dos pneus antes que o torque possa ser transmitido através do cubo da roda e dos pneus ao solo. Reduzir o peso do cubo da roda e dos pneus (incluindo o disco de freio giratório) pode tornar a transmissão de potência mais direta.

Porém, apenas considerando o impacto da redução da inércia rotacional no desempenho de aceleração e desaceleração, não há nada a ver com foles e tirantes. Como não giram com as rodas, sua capacidade de impedimento não é diferente da parte não suspensa. Então, por que quem gosta de trocar foles e discos e gosta de pesá-los pensa assim?

Isso envolve outro aspecto a ser considerado.

A relação entre massa suspensa e não suspensa

Isto requer a utilização do modelo simplificado criado anteriormente.

Para um carro, a superfície da estrada definitivamente não é lisa como um espelho. Sem falar nos vários buracos, lombadas, tampas de bueiros, várias pedras vão causar vibração, e se você observar com atenção a estrada de asfalto, a superfície é bastante acidentada.

Mas em um carro confortável, sentimos isso como uma suavidade sedosa. Além de usar uma combinação mais macia de mola e amortecedor, aumentar a proporção entre massa suspensa e não suspensa também é um meio eficaz.

Os caminhões têm uma característica muito interessante: quando vazio, o veículo balança muito e precisa carregar alguma coisa para andar bem.

A razão para isto é que a proporção entre massa suspensa e massa não suspensa aumentou.

Voltemos ao modelo simplificado. Todos os ressaltos na estrada são inicialmente aplicados à parte não suspensa. O ressalto da parte não suspensa precisa então afetar a parte suspensa através das molas e amortecedores. Num estado estacionário, o peso suportado pelas molas é o peso da parte suspensa. Quando a parte não suspensa balança, se as molas comprimirem ou expandirem, isso perturbará o equilíbrio e gerará pressão adicional. De acordo com a segunda lei de Newton, a pressão aplicada pelas molas à parte não suspensa também será aplicada igualmente à parte suspensa. Neste momento, existem duas opções (ou ambas podem ser adotadas):

Primeiro, aumente a massa da parte suspensa, tal como carregar um camião com mercadorias, aumentando a massa da parte suspensa para enfraquecer a aceleração causada pelo ressalto da parte não suspensa transmitida através das molas. Em suma, é o peso do veículo que segura o salto.
Em segundo lugar, reduza a massa da parte não suspensa, de modo que a força de ricochete necessária para que a parte não suspensa produza o mesmo ressalto seja reduzida, para reduzir o impacto na parte suspensa.

Em resumo, a relação entre a massa das peças suspensas e não suspensas precisa ser aumentada.

Naturalmente, a situação mais ideal é que a massa das partes suspensas e não suspensas seja reduzida, mas a redução na parte não suspensa é maior do que na parte suspensa. A proporção geral da massa das peças suspensas e não suspensas ainda aumenta.

Portanto, algumas pessoas costumam dizer que um veículo mais pesado dirige de forma mais estável em altas velocidades. Isso é um tanto razoável, mas uma afirmação mais precisa é que a proporção entre a massa das peças suspensas e não suspensas é grande e o movimento é mais estável.

As molas e amortecedores indispensáveis

Por ser a parte que liga as duas seções e é responsável por suportar, transmitir força e absorver impactos, a escolha de molas e amortecedores tem maior impacto. O quanto a força do ressalto da parte não suspensa é refletida na parte suspensa é mais determinada pelas molas e amortecedores.

Portanto: a modificação é uma engenharia sistemática e é essencial para evitar modificações-unilaterais.